WO2009106699A2 - Adhesifs sensibles a la pression a pouvoir adhesif stable en temperature - Google Patents

Adhesifs sensibles a la pression a pouvoir adhesif stable en temperature Download PDF

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Definitions

  • Pressure sensitive adhesives having a temperature-stable adhesive
  • the present invention is directed to a heat-curable adhesive composition and a self-adhesive backing coated with a pressure sensitive adhesive comprising said crosslinked composition.
  • Said self-adhesive support is useful for the manufacture of labels and / or self-adhesive tapes and advantageously has an adhesive power that can be maintained in a wide temperature range.
  • Pressure-sensitive adhesives are substances giving the support which is coated immediate tackiness at room temperature (often referred to as "tack"), which allows its instant adhesion to a substrate under the effect of a light and brief pressure.
  • PSAs are widely used for the manufacture of self-adhesive labels which are affixed to articles for the purpose of presenting information (such as bar code, name, price) and / or for decorative purposes.
  • PSAs are also used for the manufacture of self-adhesive tapes of various uses. For example, in addition to the transparent adhesive tape widely used in everyday life, there is the shaping and assembly of cardboard packaging; surface protection for painting work, in construction; the maintenance of electrical cables in the transport industry; carpet bonding by double-sided adhesive tape.
  • PSAs are often applied by continuous coating processes over the entire surface of a large (possibly printable) backing layer, in a quantity (usually expressed in g / m 2 ) and hereinafter referred to as "grammage".
  • the support layer is made of paper or film of a single or multi-layered polymeric material.
  • the adhesive layer which covers the support layer may itself be covered with a protective release layer (often called the "release liner"), for example consisting of a silicone film.
  • release liner for example consisting of a silicone film.
  • These multilayer systems can be subsequently converted into end-user-applicable self-adhesive labels, by means of transformation methods that include printing the desired informative and / or decorative elements on the printable side of the support layer, and then cutting to the shape and dimensions desired.
  • the protective release layer can be easily removed without modification of the adhesive layer which remains attached to the support layer. After separation of its protective release layer, the label is applied to the article to be coated either manually or using labellers on automated packaging lines.
  • These multilayer systems can also be converted into self-adhesive tapes by cutting and packaging rolls of width and length determined.
  • the PSAs allow a rapid grip or adhesion of the self-adhesive label and / or tape to the substrate (or article) to be coated (for example, in the case of labels , on bottles or, in the case of ribbons, on packaging cartons to be shaped), suitable for obtaining significant industrial production rates.
  • PSAs often used for this field of application include very high molar mass acrylate polymers (or copolymers). These are in the form of either aqueous emulsion or organic solution.
  • the coating of such PSA on a support layer is industrially complicated by the fact that it is necessary to provide either an additional step of drying the emulsion, or special installations taking into account the problems of industrial hygiene and safety related to the evaporation of the organic solvent. In both cases, the disadvantages associated with the unpleasant smell of acrylics must also be taken into account.
  • PSAs are known which do not include solvents or water.
  • hot-melt pressure-sensitive adhesives also known as Hot MeIt Pressure Sensitive Adhesive or HMPSA
  • HMPSA Hot MeIt Pressure Sensitive Adhesive
  • the corresponding compositions generally comprise a thermoplastic polymer, so that the adhesive seal ensuring the attachment of the support to the substrate does not have at high temperature all the cohesion required for the field of application referred to above.
  • US Patent 6486229 discloses a UV cross-linkable hot melt adhesive composition
  • a UV cross-linkable hot melt adhesive composition comprising a tackifying resin, a photoinitiator and a styrene-butadiene radial multiblock copolymer whose butadiene block has a high content of pendant vinyl group.
  • This composition is coated in an uncrosslinked state on a support layer and then crosslinked by exposure to ultraviolet radiation.
  • the self-adhesive support thus obtained is particularly suitable for applications of ribbons and labels for which good cohesion at high temperature is required.
  • International Application WO 2004/011559 discloses a coatingable acrylic composition comprising an acrylic copolymer, a photoinitiator and a multifunctional (meth) acrylate. This composition can also be cross-linked by exposure to ultraviolet radiation to give a high performance PSA.
  • Patent Application EP 0106330 describes a composition which in particular has good tack and heat resistance properties, and which comprises a tackifying resin and a polyether endblocked polyether silyl. This application also describes the production of a pressure-sensitive adhesive product by deposition on a support of said composition in which a catalyst has been incorporated, then crosslinking at a temperature ranging from room temperature to 150 ° C.
  • Patent Application CA 2554743 teaches a composition which comprises a tackifying resin, a catalyst and an oxyalkylene polymer containing from 0.3 to 0.7 equivalents of hydrolyzable silyl group in each Molecular mass molecule of between 15,000 and 100,000. Said composition is applied to a support by means of a coater and heat-crosslinked to give a self-adhesive product.
  • a heat-curable adhesive composition comprising:
  • R 1 represents a divalent hydrocarbon radical comprising from 5 to 15 carbon atoms which may be aromatic or aliphatic, linear, branched or cyclic;
  • R 2 represents a linear or branched divalent alkylene radical comprising from 1 to 4 carbon atoms
  • R 3 represents a linear divalent alkylene radical comprising from 1 to 3 carbon atoms
  • R 4 and R 5 which are identical or different, each represent a linear or branched alkyl radical of 1 to 4 carbon atoms, with the possibility when there are several radicals R 4 (or R 5 ) that they are identical or different;
  • p is an integer equal to 0, 1 or 2;
  • the number and weight average molar masses are expressed in dalton (Da) and are determined by gel permeation chromatography, the column being calibrated with polyethylene ethylene glycol (PEG) standards.
  • the polymer of formula (I) included in the composition according to the invention can be obtained according to the following process.
  • a polyurethane comprising 2 hydroxyl end groups and having formula (II) is prepared:
  • NCO-R 1 -NCO (III) with about two moles of a polyether diol of formula (IV): H- [OR 2 ] n -OH (IV) which corresponds to a ratio of the number of NCO / OH functions equal to about
  • the reaction is carried out at a temperature between 60 and 90 0 C, for a time from about 2 to 8 hours, and optionally in the presence of a catalyst.
  • the polyurethane of formula (II) is in a second step converted to polyurethane of formula (I) by a silylation reaction with an isocyanatosilane of formula (V):
  • the polyether diols of formula (IV) are widely available commercially, and the isocyanatosilanes of formula (V) are also commercially available. There may be mentioned by way of example gamma-isocyanato-n-propyl-trimethoxysilane, which is available under the trade name GENIOSIL ® GF 40 or the alpha-isocyanato-n-methyl-methyldimethoxysilane which is available under the trade name GENIOSIL ® XL 42, both from Wacker.
  • the number-average molar mass of the polyurethane of formula (I) is between 600 Da and 60 kDa, which corresponds to a value of m which varies from approximately 1 to 10.
  • the polyurethane of formula (I) is such that its number-average molar mass is between 4 and 50 kDa (which corresponds substantially to a value of m varying from 1 to 4 ), and the number average molecular weight of the polyether block of formula - [OR 2 ] n - is between 2 and 25 kDa.
  • the polyurethane of formula (I) is such that: - R 1 is chosen from one of the following divalent radicals whose formulas below show the 2 free valences:
  • R 2 is the divalent ethylene and / or isopropylene radical
  • R 3 is the divalent methylene and / or n-propylene radical
  • R 4 and R 5 each represent the methyl or ethyl radical.
  • the polyurethane of formula (I) is such that:
  • R 1 is the divalent radical of formula deriving from isophorone
  • R 2 is the divalent isopropylene radical
  • R 3 is the divalent n-propylene radical
  • the group -Si (R 4 ) p (OR 5 ) 3 -p is the trimethoxysilyl radical.
  • the polyurethane of formula (I) has a polymolecularity index of between 1.1 and 2.0.
  • the polymolecularity index is the ratio of the weight average molecular weight to the number average molecular weight.
  • Such a polyurethane may be prepared from a polyether diol of formula (IV) having itself a polymolecularity index of between 1 and 1.6.
  • Such a polyether can be obtained, in a known manner, by polymerization of the corresponding alkylene oxide in the presence of a catalyst based on a double metal-cyanide complex.
  • the polyurethane of formula (I) advantageously has a polymolecularity index of between 1.3 and 1.6.
  • a polyurethane may be prepared from a poly (isopropoxy) diol (also called polypropylene glycol or polyoxyisopropylene diol) whose polymolecularity index may vary from 1 to 1.4.
  • polypropylene glycols are commercially available.
  • examples include polypropylene glycols having a polydispersity index of about 1.1, which is available under the brand ACCLAIM ® from Bayer, such as V ACCLAIM ® 8200 whose average molar mass of approximately 8250 Da, ACCLAIM ® 12200 of average molecular weight in number 11225 Da and ACCLAIM ® 18200 of average molar mass in number 18100 Da.
  • the term "compatible tackifying resin” is intended to denote a tackifying resin which, when it is mixed in the proportions 50% / 50% with the polymer of formula (I), gives a substantially homogeneous mixture.
  • Such resins are commercially available and, among those obtainable by the processes (i) and (ii) defined above, mention may be made of the following products:
  • Norsolene ® W100 available from Cray Valley, which is obtained by polymerization of alpha-methyl styrene without the action of phenols with a molecular weight of 900 Da; Sylvarez® ® 510 which is also available from Arizona Chemical with a molecular weight Mn of about 1740 Da, whose method of obtaining comprises the action of phenols.
  • the tackifying resins used can be obtained by process (i) as defined above.
  • the crosslinking catalyst that may be used in the composition according to the invention may be any catalyst known to those skilled in the art for the silanol condensation.
  • organic derivatives of titanium such as titanium acetyl acetonate (commercially available under the name TYZOR ® AA75 from DuPont), aluminum such as aluminum chelate (commercially available under denomination K-KAT ® 5218 from King Industries), amines such as 1,8-diazabicyclo (5.4.0) undecene-7 or DBU.
  • the heat-curable adhesive composition comprises from 40 to 65% of the polyurethane of formula (I) and from 35 to 60% of tackifying resin.
  • composition according to the invention may also include, in combination with the hydrolysable end-group polyurethane of formula (I), thermoplastic polymers often used in the preparation of HMPSA, such as Ethylene Vinyl Acetate (EVA) or styrenic block copolymers.
  • thermoplastic polymers often used in the preparation of HMPSA, such as Ethylene Vinyl Acetate (EVA) or styrenic block copolymers.
  • the heat-curable adhesive composition according to the invention may also comprise, in addition to a tackifying resin obtainable by method (i) or (ii) other tackifying resins with a number-average molar mass of between 200 and 5000 Da which can also be incorporated singly or in a mixture.
  • a tackifying resin obtainable by method (i) or (ii) other tackifying resins with a number-average molar mass of between 200 and 5000 Da which can also be incorporated singly or in a mixture.
  • rosin of natural origin or modified such as for example rosin extracted from pine gum, wood rosin extracted from tree roots and their hydrogenated derivatives, dimerized, polymerized or esterified with monoalcohols or polyols such as glycerol;
  • terpene resins generally resulting from the polymerization of terpenic hydrocarbons such as for example mono-terpene (or pinene) in the presence of Friedel-Crafts catalysts;
  • copolymers based on natural terpenes for example styrene / terpene, alpha-methyl styrene / terpene and vinyl toluene / terpene;
  • the content of such resins in the composition according to the invention should however not exceed 40% of the total weight of tackifying resins present in the composition.
  • the heat-curable adhesive composition according to the invention may further comprise up to 3% of a hydrolyzable alkoxysilane derivative, as desiccant, and preferably a trimethoxysilane derivative.
  • a hydrolyzable alkoxysilane derivative as desiccant
  • trimethoxysilane derivative Such an agent advantageously prolongs the shelf life of the composition according to the invention during storage and transport, prior to its use.
  • Gamma-methacryloxypropyltrimethoxysilane eg include available under the trade name SILQUEST ® A-174 with the US company Momentive Performance Materials Inc.
  • composition according to the invention may also include a plasticizer such as a phthalate or
  • ESSO a wax of a polyethylene homopolymer (such as A-C 617 from Honeywell), or a wax of a copolymer of polyethylene and vinyl acetate, or pigments, dyes or fillers.
  • a quantity of 0.1 to 2% of one or more stabilizers is preferably included in the composition according to the invention.
  • stabilizers or antioxidants
  • These compounds are introduced to protect the composition from degradation resulting from a reaction with oxygen that is likely to be formed by the action of heat or light.
  • These compounds may include primary antioxidants that scavenge free radicals and include substituted phenols like Irganox ® 1076 from CIBA.
  • the primary antioxidants may be used alone or in combination with other secondary antioxidants or UV stabilizers.
  • the heat-curable adhesive composition according to the invention may be prepared by a process which comprises: a step of mixing the polymer of formula (I) with the tackifying resins or resins, at a temperature of between 50 and 170 ° C., preferably between 100 and 100 ° C., in an air-tight manner, preferably under an inert atmosphere; 170 0 C, then
  • the present invention also relates to a self-adhesive support that can be obtained by the process comprising:
  • the step (b) of coating the support layer is carried out by means of known coating devices, such as for example a lip or curtain-type nozzle, or by roller. It implements an adhesive composition weight ranging from 3 to 500 g / m 2 , preferably from 10 to 250 g / m 2 .
  • the material that can be used for the support layer is, for example, paper or a film of a single or multi-layered polymeric material.
  • the time required for the crosslinking of step (c) can vary within wide limits, for example between 1 second and 10 minutes.
  • This thermal crosslinking step has the effect of creating - between the polymer chains of the polyurethane of formula (I) and under the action of atmospheric moisture - siloxane type bonds which lead to the formation of a three-dimensional polymeric network.
  • the thus crosslinked adhesive composition is a pressure-sensitive adhesive which provides the coated carrier layer with desirable tack and tack.
  • a PolyEthyleneTerephthalate (PET) support coated at a basis weight of 20 g / m 2 has a permanent adhesion to a stainless steel substrate corresponding to an adhesive power (measured by the 180 ° peel test on steel stainless steel described below) advantageously between 1 and 15 N / cm, preferably between 2 and 10 N / cm.
  • the tack of this same support at ambient temperature is advantageously between 0.5 and 8, preferably between 2 and 6 N / cm 2 .
  • a Polyethylene terephthalate (PET) support coated at a weight of 200 g / m 2 has a permanent adhesion to a stainless steel substrate corresponding to an adhesive power advantageously between 1 and 50 N / cm, preferably between 5 and 30 N / cm.
  • the tack of this same support at room temperature is advantageously between 1 and 30 N / cm 2 , preferably between 4 and 15 N / cm 2 .
  • the adhesive seal formed after application to a substrate of the support layer coated with the crosslinked composition ensures the fixing of said support layer in a temperature range of -60 ° C to + 200 ° C.
  • the self-adhesive support according to the invention may also comprise a protective release layer covering the PSA layer, said protective layer being simply glued.
  • the present invention also relates to the use of the self-adhesive support defined above for the manufacture of self-adhesive labels and / or tapes.
  • the basis weight of the heat-curable adhesive composition required for the manufacture of self-adhesive labels may range from 10 to 100 g / m 2 , preferably from 20 to 50 g / m 2 . That required for the manufacture of self-adhesive tapes can vary in a much wider range from 3 to 500 g / m 2 , preferably from 15 to 250 g / m 2 .
  • Examples A to C illustrate the preparation of polyurethanes of formula (I) in which the 2 end groups of alkoxysilane type are constituted by the trimethoxysilyl radical, R 2 is the isopropylene radical and R 3 is the n-propylene radical.
  • Example A Preparation of polyurethane A of formula (I) in which the polyether block of formula - [OR 2] n - has a molar mass of approximately 8250 Da:
  • IPDI isophorone diisocyanate
  • the hydroxyl-terminated polyurethane thus obtained is then added 24.6 g (0.1165 mol) of gamma-isocyanato-n-propyl-trimethoxysilane and the mixture is maintained at 85 ° C. until complete disappearance of the NCO functions.
  • the polyurethane A obtained has a viscosity of 55 Pa.s (measured by a Brookfield viscometer at 23 ° C., with a needle rotating at 20 rpm), a number-average molar mass of approximately 20 kDa and an index polymolecularity of about 1.3.
  • Example B Preparation of polyurethane B of formula (I) in which the polyether block of formula - [OR 2] n - has a molar mass of approximately 11225 Da:
  • Example A was repeated by introducing into the glass reactor 1100 g (0.098 mol) poly (isopro ⁇ oxy) diol ACCLAIM ® 12200 and 10.9 g (0.049 mole) of IPDI, which also corresponds to a ratio of the numbers of NCO / OH functions equal to 0.5, and adding 20.7 g (0.098 mol) of the gamma-isocyanato-n-propyl-trimethoxysilane to the hydroxyl-terminated polyurethane.
  • the polyurethane B obtained has a viscosity of 185 Pa.s (measured under the same conditions), a number average molecular weight of about 30 kDa and a polymolecularity index of about 1.4.
  • Example C Preparation of polyurethane C of formula (I) in which the polyether block of formula - [OR 2 ] n - has a molar mass of approximately 18100 Da:
  • Example A was repeated by introducing into the glass reactor 1220 g (0.0685 mol) poly (isopropoxy) diol ACCLAIM ® 18200 and 7.03 g (0.0342 mole) of IPDI, which also corresponds to a ratio of the number of NCO / OH functions equal to 0.5, and adding to the hydroxyl-terminated polyurethane obtained 14.45 g (0.0685 mol) of gamma-isocyanato-n-propyl-trimethoxysilane.
  • the polyurethane C obtained has a viscosity of 390 Pa.s (measured under the same conditions), a number average molecular weight of about 40 kDa and a polymolecularity index of about 1.5.
  • composition listed in the following table is prepared by first introducing the tackifying resin (DERTOPHENE ® 1510) in a vacuum glass reactor and heated to about 160 ° C. Then, once the resin is melted, polyurethane A is added. The mixture is stirred under vacuum for 15 minutes and then cooled to 70 ° C. The drying agent (SILQUEST ® A-174) and catalyst (K-KAT ® 5218) are then introduced. The mixture is kept under vacuum and with stirring for another 10 minutes.
  • tackifying resin (DERTOPHENE ® 1510) in a vacuum glass reactor and heated to about 160 ° C. Then, once the resin is melted, polyurethane A is added. The mixture is stirred under vacuum for 15 minutes and then cooled to 70 ° C. The drying agent (SILQUEST ® A-174) and catalyst (K-KAT ® 5218) are then introduced. The mixture is kept under vacuum and with stirring for another 10 minutes.
  • the viscosity of the mixture is determined at 100 ° C. by means of a Brookfield type viscometer (equipped with the Thermosel system for high temperature viscosity measurements) equipped with an A29 needle rotating at 10 rpm.
  • PET polyethylene terephthalate
  • composition obtained in 1) is preheated to a temperature close to 100 ° C. and introduced into a cartridge from which a bead which is deposited near the edge of the sheet parallel to its width is extruded.
  • composition enclosed in this bead is then distributed over the entire surface of the sheet, so as to obtain a uniform layer of substantially constant thickness.
  • a film puller also known as a filmograph
  • a layer of composition corresponding to a basis weight of 20 g / m 2 is thus deposited, which represents a thickness of the order of 20 ⁇ m.
  • the operation is repeated with a new PET support layer so as to deposit thereon a layer of composition corresponding to a grammage of 200 g / m 2, which represents approximately at a thickness of the order of 200 ⁇ m.
  • the 2 PET sheets thus coated are then placed in an oven at 130 ° C. for 5 minutes to crosslink the composition.
  • Each of the two sheets is then laminated on a protective release layer consisting of a sheet of silicone film, rectangular and of the same dimensions.
  • the two PET carrier layers thus obtained are subjected to the tests described below.
  • the adhesion is evaluated by the peel test (or peel) of 180 ° on stainless steel plate as described in the FINAT method n ° 1, published in the Manuel Technique FINAT 6th edition, 2001.
  • FINAT is the federation international manufacturer of self-adhesive labels and labels. The principle of this test is as follows.
  • a test piece in the form of a rectangular strip (25 mm ⁇ 175 mm) is cut in the PET support layer coated with the crosslinked composition obtained previously.
  • This specimen is fixed on 2/3 of its length (after removal of the corresponding protective antiadhesive layer portion), on a substrate consisting of a stainless steel plate.
  • the resulting assembly is left for 20 minutes at room temperature. It is then placed in a traction device capable, from the free end of the rectangular strip, of peeling or detaching the strip at an angle of 180 ° and with a separation speed of 300 mm. minute. The device measures the force required to take off the band under these conditions.
  • Instant adhesion test also called loop test: Immediate tack or tack is evaluated by the so-called instant loop adhesion test, described in FINAT Method 9, the principle of which is as follows.
  • a test piece in the form of a rectangular strip (25 mm ⁇ 175 mm) is cut in the PET support layer coated with the crosslinked composition obtained previously. After removing all of the protective release layer, the ends of this strip are joined to form a loop with the adhesive layer facing outward.
  • the two joined ends are placed in the movable jaw of a traction device capable of imposing a movement speed of 300 mm / minute along a vertical axis with the possibility of going back and forth.
  • the lower part of the loop placed in the vertical position is first brought into contact with a 25 mm by 30 mm horizontal glass plate over a square zone of about 25 mm side. From this contact, the meaning of Jaw displacement is reversed.
  • the immediate tackiness is the maximum value of the force required for the loop to come off the plate completely.
  • the maintenance at high temperature of the adhesive power of the PET support layer obtained above is evaluated by a test which determines the resistance time of the glue joint at static shear at 90 ° C. For this test reference is made to the FINAT method. 8. The principle is the following.
  • a test piece in the form of a rectangular strip (25 mm ⁇ 75 mm) is cut in each of the two previous PET backing layers. After removing all of the protective release layer, a 25 mm square portion at the end of the adhesive strip is attached to a glass plate.
  • test plate thus obtained is introduced, by means of a suitable support, in a substantially vertical position in an oven at 90 ° C., the unglued portion of the strip of length 50 mm lying below the plate. After thermal equilibration, the remaining free portion of the strip is connected to a mass of 1 kg, the entire device still remaining during the test held in the oven at 90 ° C.
  • the adhesive joint which ensures the fixing of the strip on the plate is subjected to shear stress.
  • the test plate is actually placed at an angle of 2 ° to the vertical.
  • this time is greater than the 24 hours of test duration.
  • this temperature is higher than 180 ° C.
  • Example 1 is repeated with the compositions indicated in the following table.

Abstract

Composition adhésive réticulable par chauffage comprenant : de 20 à 85 % d'un polyuréthane comprenant 2 groupes terminaux de type alkoxysilane hydrolysables et de formule (I) : dans laquelle : R1 est un radical hydrocarboné comprenant de 5 à 15 atomes de carbone; R2 est un radical alkylène de 1 à 4 atomes de carbone; R3 est un radical alkylène de 1 à 3 atomes de carbone; R4 et R5 sont chacun un radical alkyle de 1 à 4 atomes de carbone; n est un nombre entier tel que la masse molaire moyenne en nombre du bloc polyéther de formule -[OR2]n- est comprise entre 300 Da et 30 kDa; m est un nombre entier tel que la masse molaire moyenne en nombre du polymère de formule (I) est comprise entre 600 Da et 60 kDa; p est un nombre entier égal à 0, 1 ou 2; de 15 à 80 % d'une résine tackifiante compatible; et de 0,01 à 3 % d'un catalyseur de réticulation. 2) Support auto-adhésif revêtu de la composition adhésive réticulée.

Description

Adhésifs sensibles à la pression à pouvoir adhésif stable en température
La présente invention a pour objet une composition,adhésive réticulable par chauffage, et un support auto-adhésif revêtu d'un adhésif sensible à la pression consistant en ladite composition réticulée. Ledit support autoadhésif est utile pour la fabrication d'étiquettes et/ou de rubans auto-adhésifs et possède avantageusement un pouvoir adhésif qui peut être maintenu dans un large domaine de température.
Les adhésifs sensibles à la pression (également dénommés colles auto-adhésives ou encore, en anglais, "Pressure Sensitive Adhesives" ou PSA) sont des substances conférant au support qui en est revêtu un pouvoir collant immédiat à température ambiante (souvent désigné sous le terme de "tack"), lequel permet son adhésion instantanée à un substrat sous l'effet d'une pression légère et brève. Les PSA sont largement utilisés pour la fabrication d'étiquettes auto-adhésives qui sont fixées sur des articles à des fins de présentation d'informations (telles que code barre, dénomination, prix) et/ou à des fins décoratives. Les PSA sont également mis en oeuvre pour la fabrication de rubans auto-adhésifs d'utilisations variées. On peut citer par exemple outre le ruban adhésif transparent largement utilisé dans la vie quotidienne : la mise en forme et l'assemblage d'emballages en carton ; la protection de surfaces pour les travaux de peinture, dans la construction ; le maintien de câbles électriques dans l'industrie des transports ; le collage des moquettes par rubans adhésifs à double face.
En vue de la fabrication d'étiquettes et/ou rubans auto-adhésifs, les PSA sont souvent appliqués par des procédés d'enduction en continu sur la totalité de la surface d'une couche support (le cas échéant imprimable) de grandes dimensions, à raison d'une quantité (généralement exprimée en g/m2) et désignée ci-après par le terme de "grammage". La couche support est constituée de papier ou de film d'un matériau polymère à une ou plusieurs couches. La couche d'adhésif qui recouvre la couche support peut être elle-même recouverte d'une couche anti-adhérente protectrice (souvent dénommée par l'appellation anglaise de "release liner"), par exemple constituée d'un film siliconé. Le système multicouche obtenu est généralement conditionné par enroulement sous forme de larges bobines ayant jusqu'à 2 m de largeur et 1 m de diamètre, qui peuvent être stockées et transportées. Ces systèmes multicouches peuvent être ultérieurement convertis en étiquettes auto- adhésives applicables par l'utilisateur final, au moyen de procédés de transformation qui incluent l'impression des éléments informatifs et/ou décoratifs désirés sur la face imprimable de la couche support, puis la découpe à la forme et aux dimensions souhaitées. La couche anti-adhérente protectrice peut être facilement enlevée sans modification de la couche d'adhésif qui reste fixée sur la couche support. Après séparation de sa couche anti-adhérente protectrice, l'étiquette est appliquée sur l'article à revêtir soit manuellement, soit à l'aide d'étiqueteuses sur des chaînes automatisées de conditionnement.
Ces systèmes multicouches peuvent être également transformés en rubans autoadhésifs par découpe et conditionnement en rouleaux de largeur et de longueur déterminées.
Les PSA permettent, en raison de leur tack élevé à température ambiante, une prise ou accroche rapide de l'étiquette et/ou du ruban auto-adhésifs sur le substrat (ou article) à revêtir (par exemple, s'agissant d'étiquettes, sur des bouteilles ou bien, s'agissant de rubans, sur des cartons d'emballage à mettre en forme), propre à l'obtention de cadences de production industrielle importantes.
Il existe un domaine d'application des PSA pour lequel il est souhaitable que le pouvoir adhésif des étiquettes et/ou rubans sur le substrat soit également maintenu lorsque le joint de colle assurant la fixation est exposé (de même, par conséquent, que l'article revêtu de l'étiquette et/ou du ruban) à une température susceptible de varier dans un large domaine. On peut citer à titre d' exemple la pose d'étiquettes sur certains organes des automobiles (ou autres véhicules) situés à proximité du moteur, ou sur des emballages conçus pour recevoir durant leur conditionnement un liquide chaud, ou encore sur des articles (tels les pneumatiques) qui sont étiquetés à chaud, au sortir des chaînes de fabrication. On peut également citer la mise en œuvre de rubans auto-adhésifs pour l'assemblage de pièces pour lesquelles une bonne tenue thermique est nécessaire comme dans le cas, par exemple, de l'habillage intérieur des avions ou autres véhicules.
Des PSA souvent utilisés pour ce domaine d'application comprennent des polymères (ou copolymères) de type acrylate de masse molaire très élevée. Ces derniers se présentent sous la forme soit d'émulsion aqueuse soit de solution organique. Toutefois, l'enduction de tels PSA sur une couche support est compliquée, au plan industriel, par le fait qu'il est nécessaire de prévoir soit une étape supplémentaire de séchage de l'émulsion, soit des installations particulières prenant en compte les problèmes d'hygiène et de sécurité industrielles liés à l'évaporation du solvant organique. Dans les 2 cas, les inconvénients liés à l'odeur désagréable des acryliques doivent également être pris en compte. On connaît des PSA qui ne comprennent ni solvant ni eau. Ainsi, les adhésifs thermofusibles sensibles à la pression (également dénommés en anglais Hot MeIt Pressure Sensitive Adhesive ou HMPSA) sont des substances solides à température ambiante, qui sont déposées (ou enduites) sur le support à l'état fondu, et assurent à ce dernier après refroidissement un tack et un pouvoir adhésif importants sur divers substrats. Cependant, les compositions correspondantes comprennent généralement un polymère thermoplastique, de sorte que le joint de colle assurant la fixation du support au substrat ne présente pas à température élevée toute la cohésion nécessaire pour le domaine d' application visé précédemment.
Le brevet US 6486229 décrit une composition adhesive thermofusible réticulable aux UV comprenant une résine tackifiante, un photoinitiateur et un copolymère multibloc radial styrène-butadiène, dont le bloc butadiène a une teneur élevée en groupe vinyl pendant. Cette composition est enduite à l'état non réticulé sur une couche support, puis réticulée par exposition à un rayonnement ultra-violet. Le support auto-adhésif ainsi obtenu convient particulièrement pour les applications des rubans et étiquettes pour lesquelles une bonne cohésion à température élevée est requise. La demande internationale WO 2004/011559 décrit une composition acrylique susceptible d'être enduite comprenant un copolymère acrylique, un photoinitiateur et un (méth)acrylate multifonctionnel. Cette composition peut également être réticulée par exposition à un rayonnement ultra- violet pour donner un PSA à haute performance.
Ces techniques d'obtention de PSA présentent toutefois des inconvénients qui découlent des problèmes d'hygiène industrielle liés aux lampes UV et des coûts associés à la faible durée de vie de celles-ci. De plus, dans le cas de supports auto-adhésifs à fort grammage en PSA, par exemple un grammage supérieur à 70 g/m2, il est difficile d'assurer le maintien du pouvoir adhésif dans un large domaine de température, et notamment à température élevée.
La demande de brevet EP 0106330 décrit une composition qui offre notamment de bonnes propriétés de tack et de résistance à la chaleur, et qui comprend une résine tackifiante et un polyéther à groupe terminal hydro Iy sable silyl. Cette demande décrit également la production d'un produit adhésif sensible à la pression par dépôt sur un support de ladite composition dans laquelle a été incorporé un catalyseur, puis réticulation à une température variant entre la température ambiante et 150°C. La demande de brevet CA 2554743 enseigne une composition qui comprend une résine tackifiante, un catalyseur et un polymère oxyalkylène contenant de 0,3 à 0,7 équivalent de groupe silyl hydrolysable dans chaque molécule de masse molaire comprise entre 15 000 et 100 000. Ladite composition est appliquée sur un support au moyen d'un enducteur et réticulée à chaud pour donner un produit auto-adhésif.
Les produits auto-adhésifs décrits par ces 2 dernières demandes présentent toutefois l'inconvénient que le maintien en température de leur pouvoir adhésif sur un substrat est insuffisant pour des grammages élevés.
La présente invention a pour but de fournir une composition adhésive réticulable par chauffage qui conduise après enduction sur un support puis réticulation, à un adhésif sensible à la pression possédant des propriétés améliorées de pouvoir adhésif et de tack. Un autre but de l'invention est que le joint de colle assurant la fixation du support auto-adhésif ainsi obtenu sur un substrat garde la cohésion requise sur un large domaine de température, y compris pour des grammages élevés en PSA.
La présente invention a donc pour objet en premier lieu une composition adhésive réticulable par chauffage comprenant :
- de 20 à 85 % d'un polyuréthane comprenant 2 groupes terminaux de type alkoxysilane hydrolysables et ayant pour formule (I) :
Figure imgf000005_0001
dans laquelle :
- R1 représente un radical divalent hydrocarboné comprenant de 5 à 15 atomes de carbone qui peut être aromatique ou aliphatique, linéaire, ramifié ou cyclique ;
- R2 représente un radical divalent alkylène linéaire ou ramifié comprenant de 1 à 4 atomes de carbone ;
- R3 représente un radical divalent alkylène linéaire comprenant de 1 à 3 atomes de carbone ;
- R4 et R5, identiques ou différents, représentent chacun un radical alkyle linéaire ou ramifié de 1 à 4 atomes de carbone, avec la possibilité lorsqu'il y a plusieurs radicaux R4 (ou R5) que ceux-ci soient identiques ou différents ;
- n est un nombre entier tel que la masse molaire moyenne en nombre du bloc polyéther de formule -[OR2]n- est comprise entre 300 Da et 30 kDa ; - m est un nombre entier tel que la masse molaire moyenne en nombre du polymère de formule (I) est comprise entre 600 Da et 60 kDa ;
- p est un nombre entier égal à 0, 1 ou 2 ;
- de 15 à 80 % d'une résine tackifiante compatible, de masse molaire moyenne en nombre comprise entre 200 Da et 5 kDa, et choisie parmi les résines susceptibles d'être obtenues :
- (i) par polymérisation d'hydrocarbures terpéniques et de phénols, en présence de catalyseurs de Friedel-Crafts, ou bien
- (ii) par polymérisation d'alpha-méthyl styrène, et éventuellement par réaction avec des phénols ; et
- de 0,01 à 3 % d'un catalyseur de réticulation.
Dans le présent texte et en l'absence d'indication contraire :
- les quantités exprimées sous la forme de pourcentage correspondent à des pourcentages poids/poids ;
- les radicaux R1 à R5 ainsi que les entiers n, m et p conservent dans les différentes formules chimiques la même signification que celle définie ci-dessus ;
- les masses molaires moyennes en nombre et en poids sont exprimées en dalton (Da) et sont déterminées par chromatographie par perméation de gel, la colonne étant calibrée avec des étalons de PolyEthylène GIy col (PEG).
Le polymère de formule (I) compris dans la composition selon l'invention peut être obtenu selon le procédé suivant.
Dans une première étape, on prépare un polyuréthane comprenant 2 groupes terminaux hydroxyles et ayant pour formule (II) :
Figure imgf000006_0001
en faisant réagir une mole de diisocyanate de formule (III) :
NCO-R1 -NCO (III) avec environ deux moles d'un polyéther diol de formule (IV) : H-[OR2]n-OH (IV) ce qui correspond à un rapport des nombres de fonctions NCO/OH égal à environ
0,5.
La réaction s'effectue à une température comprise entre 60 et 90 0C, durant un temps d'environ 2 à 8 heures, et éventuellement en présence d'un catalyseur.
Le polyuréthane de formule (II) est dans une seconde étape converti en polyuréthane de formule (I) par une réaction de silylation avec un isocyanatosilane de formule (V) :
NCO-R3-Si(R4)p(OR5)3-p (V) à raison d'environ une mole de polyuréthane de formule (II) pour 2 moles du composé de formule (V).
Les polyéthers diols de formule (IV) sont largement disponibles dans le commerce, et les isocyanatosilanes de formule (V) le sont également. On peut citer à titre d'exemple le gamma-isocyanato-n-propyl-triméthoxysilane qui est disponible sous la dénomination Geniosil® GF 40 ou encore le alpha -isocyanato-n-méthyl- méthyldiméthoxysilane qui est disponible sous la dénomination commerciale Geniosil® XL 42, tous deux auprès de la société Wacker.
Ces 2 étapes de synthèses sont conduites dans des conditions anhydres, de manière à éviter l'hydrolyse des groupes alkoxysilanes. Un domaine de température typique pour la mise en œuvre de ces réactions est de 30° à 12O0C5 et plus particulièrement de 60 à 90°C. Une légère variation par rapport aux stoechiométries données précédemment peut être envisagée sans inconvénient, à condition toutefois de ne pas dépasser 10 % dans la première étape (synthèse du polyuréthane de formule II) et 2% dans la seconde étape (synthèse du polyuréthane de formule I).
Il est fait référence au brevet européen EP 0 931 800 pour plus de détails concernant la préparation du polyuréthane de formule (I) à groupes terminaux de type alkoxysilane.
La masse molaire moyenne en nombre du polyuréthane de formule (I) est comprise entre 600 Da et 60 kDa, ce qui correspond à une valeur de m qui varie d'environ 1 à 10.
Selon une variante préférée de la composition selon l'invention, le polyuréthane de formule (I) est tel que sa masse molaire moyenne en nombre est comprise entre 4 et 50 kDa (ce qui correspond sensiblement à une valeur de m variant de 1 à 4), et la masse molaire moyenne en nombre du bloc polyéther de formule -[OR2]n- est comprise entre 2 et 25 kDa.
Selon une autre variante préférée, prise éventuellement en combinaison avec la précédente, le polyuréthane de formule (I) est tel que : - R1 est choisi parmi l'un des radicaux divalents suivants dont les formules ci- dessous font apparaître les 2 valences libres :
- a) le radical divalent dérivé de l'isophorone :
Figure imgf000008_0001
- b)
Figure imgf000008_0002
- c)
Figure imgf000008_0003
- d)
Figure imgf000008_0004
- e)
-(CH2)6- (ou radical hexaméthylène) ;
- R2 est le radical divalent éthylène et/ou isopropylène ;
- R3 est le radical divalent méthylène et/ou n-propylène ;
- R4 et R5 représentent chacun le radical méthyle ou éthyle.
Selon une variante plus particulièrement préférée de la composition selon l'invention, le polyuréthane de formule (I) est tel que :
- R1 est le radical divalent de formule
Figure imgf000009_0001
dérivant de l'isophorone ; et
- R2 est le radical divalent isopropylène ;
- R3 est le radical divalent n-propylène ;
- le groupe -Si(R4)p(OR5)3-p est le radical triméthoxysilyl.
Selon une variante également avantageuse du PSA selon l'invention, le polyuréthane de formule (I) a un indice de polymolécularité compris entre 1,1 et 2,0. L'indice de polymolécularité est le rapport de la masse moléculaire moyenne en poids à la masse moléculaire moyenne en nombre. Un tel polyuréthane peut être préparé à partir d'un polyéther diol de formule (IV) ayant lui-même un indice de polymolécularité compris entre 1 et 1,6. Un tel polyéther peut être obtenu, de façon connue, par polymérisation de l'oxyde d'alkylène correspondant en présence d'un catalyseur à base d'un double complexe métal-cyanure.
Lorsque R2 est le radical isopropylène, le polyuréthane de formule (I) a avantageusement un indice de polymolécularité compris entre 1,3 et 1,6. Un tel polyuréthane peut être préparé à partir d'un poly(isopropoxy) diol (encore dénommé polypropylène glycol ou polyoxyisopropylène diol) dont l'indice de polymolécularité peut varier de 1 à 1,4. De tels polypropylène glycols sont disponibles commercialement. On peut citer à titre d'exemples les polypropylènes glycols ayant un indice de polymolécularité d'environ 1,1 qui sont disponibles sous la marque ACCLAIM® auprès de la société Bayer, tels que V ACCLAIM® 8200 ayant pour masse molaire moyenne en nombre environ 8250 Da, l'ACCLAIM® 12200 de masse molaire moyenne en nombre 11225 Da et l'ACCLAIM® 18200 de masse molaire moyenne en nombre 18100 Da.
En ce qui concerne les résines tackifiantes qui peuvent être comprises dans la composition selon l'invention, on entend désigner par les termes "résine tackifiante compatible" une résine tackifiante qui, lorsqu'elle est mélangée dans les proportions 50%/50% avec le polymère de formule (I), donne un mélange substantiellement homogène. De telles résines sont disponibles commercialement et parmi celles susceptibles d'être obtenues par les procédés (i) et (ii) définis ci-dessus, on peut citer les produits suivants :
- procédé (i) : Dertophène® 1510 disponible auprès de la société DRT possédant une masse molaire Mn d'environ 870 Da ; Dertophène® Hl 50 disponible auprès de la même société de masse molaire Mn égale à environ 630 Da ; Sylvarez® TP 95 disponible auprès de la société Arizona Chemical ayant une masse molaire Mn d'environ 1200 Da ;
- procédé (ii) : Norsolène® W100 disponible auprès de la société Cray Valley , qui est obtenue par polymérisation d'alpha-méthyl styrène sans action de phénols, avec une masse molaire en nombre de 900 Da ; Sylvarez® 510 qui est également disponible auprès de la société Arizona Chemical avec une masse molaire Mn d'environ 1740 Da, dont le procédé d'obtention comprend l'action de phénols.
Conformément à une variante préférée de la composition adhésive réticulable à chaud selon l'invention, les résines tackifiantes mises en œuvre sont susceptibles d'être obtenues par le procédé (i) tel que défini ci-dessus.
Le catalyseur de réticulation utilisable dans la composition selon l'invention peut être tout catalyseur connu par l'homme du métier pour la condensation de silanol. On peut citer comme exemples de tels catalyseurs des dérivés organiques du titane comme l'acétyl acétonate de titane (disponible commercialement sous la dénomination TYZOR® AA75 auprès de la société DuPont), de l'aluminium comme le chélate d'aluminium (disponible commercialement sous la dénomination K.-KAT® 5218 auprès de la société King Industries), des aminés comme le 1,8-diazobicyclo (5.4.0) undécène-7 ou DBU.
Selon une variante préférée, la composition adhésive réticulable à chaud comprend de 40 à 65 % du polyuréthane de formule (I) et 35 à 60 % de résine tackifîante.
A titre optionnel, la composition selon l'invention peut également inclure en combinaison avec le polyuréthane à groupes terminaux hydrolysables de formule (I) des polymères thermoplastiques souvent utilisés dans la préparation des HMPSA, tels que l'Ethylène Vinyl Acétate (EVA) ou des copolymères blocs styréniques.
La composition adhésive réticulable à chaud selon l'invention peut également comprendre outre une résine tackifîante susceptible d'être obtenue par le procédé (i) ou (ii) d'autres résines tackifiantes de masse molaire moyenne en nombre comprise entre 200 et 5000 Da qui peuvent également être incorporées isolément ou en mélange. On peut citer parmi les résines envisageables :
- (iii) des colophanes d'origine naturelle ou modifiées, telles que par exemple la colophane extraite de la gomme de pins, la colophane de bois extraite des racines de l'arbre et leurs dérivés hydrogénés, dimérisés, polymérisés ou estérifiés par des monoalcools ou des polyols comme le glycérol ; - (iv) des résines obtenues par hydrogénation, polymérisation ou copolymérisation (avec un hydrocarbure aromatique) de mélanges d'hydrocarbures aliphatiques insaturés ayant environ 5, 9 ou 10 atomes de carbone issus de coupes pétrolières ;
- (v) des résines terpéniques résultant généralement de la polymérisation d'hydrocarbures terpéniques comme par exemple le mono-terpène (ou pinène) en présence de catalyseurs de Friedel-Crafts ;
- (vi) des copolymères à base de terpènes naturels, par exemple le styrène/terpène, l'alpha-méthyl styrène/terpène et le vinyl toluène/terpène ;
- (vii) des résines acryliques.
La teneur de telles résines dans la composition selon l'invention ne devrait toutefois pas dépasser 40 % du poids total de résines tackifiantes présentes dans la composition.
La composition adhésive réticulable à chaud selon l'invention peut en outre comprendre jusqu'à 3 % d'un dérivé alkoxysilane hydrolysable, en tant qu'agent dessicant, et de préférence un dérivé de triméthoxysilane. Un tel agent prolonge avantageusement la durée de conservation de la composition selon l'invention durant le stockage et le transport, avant son utilisation. On peut citer par exemple le gamma-métacryloxypropyltriméthoxysilane disponible sous la dénomination commerciale SILQUEST® A- 174 auprès de la société US Momentive Performance Materials Inc.
La composition selon l'invention peut aussi inclure un plastifiant tel qu'un phtalate ou
(S) un benzoate, une huile paraffinique et naphténique (comme le Primol 352 de la société
ESSO) ou encore une cire d'un homopolymère de polyethylène (comme l'A-C 617 de Honeywell), ou une cire d'un copolymère de polyethylène et d'acétate de vinyle, ou encore des pigments, des colorants ou des charges.
Enfin, une quantité de 0,1 à 2 % d'un ou plusieurs stabilisants (ou anti-oxydants) est de préférence incluse dans la composition selon l'invention. Ces composés sont introduits pour protéger la composition d'une dégradation résultant d'une réaction avec de l'oxygène qui est susceptible de se former par action de la chaleur ou de la lumière. Ces composés peuvent inclure des anti-oxydants primaires qui piègent les radicaux libres et sont notamment des phénols substitués comme l'Irganox® 1076 de CIBA. Les anti-oxydants primaires peuvent être utilisés seuls ou en combinaison avec d'autres anti-oxydants secondaires ou des stabilisants UV.
La composition adhésive réticulable à chaud selon l'invention peut être préparée par un procédé qui comprend : - une étape de mélange à l'abri de l'air, de préférence sous atmosphère inerte, du polymère de formule (I) avec la ou les résines tackifiantes, à une température comprise entre 50 et 1700C, de préférence entre 100 et 1700C, puis
- une étape de refroidissement dudit mélange à une température allant de 50 à 9O0C3 et avantageusement d'environ 70 0C, puis
- une étape d'incorporation dans ledit mélange du catalyseur et, le cas échéant, de l'agent dessicant et des autres composants optionnels.
La présente invention a également pour objet un support auto-adhésif susceptible d'être obtenu par le procédé comprenant :
- (a) le préchauffage à une température comprise entre 50 et 13O0C de la composition adhésive telle que définie précédemment, puis
- (b) son enduction sur une couche support, puis
- (c) sa réticulation, par chauffage du support ainsi enduit à une température comprise entre 50 et 15O0C.
L'étape (b) d'enduction de la couche support est réalisée au moyen de dispositifs d'enduction connus, comme par exemple une buse à lèvre ou de type rideau, ou encore au rouleau. Elle met en œuvre un grammage de composition adhésive allant de 3 à 500 g/m2, de préférence de 10 à 250 g/m2. Le matériau utilisable pour la couche support est par exemple du papier ou un film d' un matériau polymère à une ou plusieurs couches.
Le temps nécessaire à la réticulation de l'étape (c) peut varier dans de larges limites, par exemple entre 1 seconde et 10 minutes.
Cette étape de réticulation thermique a pour effet la création - entre les chaînes polymériques du polyuréthane de formule (I) et sous l'action de l'humidité atmosphérique- de liaisons de type siloxane qui conduisent à la formation d'un réseau polymérique tridimensionnel. La composition adhésive ainsi réticulée est un adhésif sensible à la pression qui confère à la couche support qui en est revêtue le pouvoir adhésif et le tack désirables.
Ainsi, un support de PolyEthylèneTéréphtalate (PET) revêtu à raison d'un grammage de 20 g/m2 présente une adhésion permanente sur un substrat d'acier inoxydable correspondant à un pouvoir adhésif (mesuré par le test de pelage à 180° sur acier inoxydable décrit ci-après) avantageusement compris entre 1 et 15 N/cm, de préférence entre 2 et 10 N/cm. Le tack de ce même support à température ambiante (mesuré par le test d'adhésion instantanée de la boucle décrit ci-après) est avantageusement compris entre 0,5 et 8, de préférence entre 2 et 6 N/cm2. De même, un support de PolyEthylèneTéréphtalate (PET) revêtu à raison d'un grammage de 200 g/m2 présente une adhésion permanente sur un substrat d'acier inoxydable correspondant à un pouvoir adhésif avantageusement compris entre 1 et 50 N/cm, de préférence entre 5 et 30 N/cm. Le tack de ce même support à température ambiante est avantageusement compris entre 1 et 30 N/cm2, de préférence entre 4 et 15 N/cm2.
Enfin, le joint de colle formé après application sur un substrat de la couche support revêtue de la composition réticulée assure la fixation de ladite couche support dans un domaine de température allant de -60°C à +200°C.
Le support auto-adhésif selon l'invention peut également comprendre une couche anti-adhérente protectrice recouvrant la couche de PSA, ladite couche protectrice étant simplement contre-collée.
La présente invention concerne également l'utilisation du support auto-adhésif défini précédemment pour la fabrication d'étiquettes et/ou rubans auto-adhésifs.
Le grammage de composition adhésive réticulable à chaud nécessaire pour la fabrication d'étiquettes auto-adhésives peut aller de 10 à 100 g/m2, de préférence de 20 à 50 g/m2. Celui nécessaire pour la fabrication de rubans auto-adhésifs peut varier dans un domaine beaucoup plus large allant de 3 à 500 g/m2, de préférence de 15 à 250 g/m2.
Les exemples suivants sont donnés à titre purement illustratif de l'invention et ne sauraient être interprétés pour en limiter la portée.
Les exemples A à C illustrent la préparation de polyuréthanes de formule (I) dans laquelle les 2 groupes terminaux de type alkoxysilane sont constitués par le radical triméthoxysilyl, R2 est le radical isopropylène et R3 est le radical n-propylène.
Exemple A : préparation du polyuréthane A de formule (I) dans laquelle le bloc polyéther de formule -[OR2Jn- a une masse molaire d'environ 8250 Da :
Dans un réacteur en verre sont introduits :
- 961,2 g (0,1165 mole) du poly(isopropoxy) diol ACCLAIM® 8200, - 12,99 g (0,0582 mole) d'isophorone diisocyanate (IPDI), ce qui correspond à un rapport des nombres de fonctions NCO/OH égal à 0,5 ; et:
- 120 ppm d'un catalyseur de type neodécanoate de bismuth et de zinc
(disponible commercialement auprès de la société Borchers, sous la dénomination Borchi Kat
VP 0244). Ce mélange est maintenu sous agitation constante à 85 °C et sous azote pendant 3 heures, jusqu'à réaction complète des fonctions NCO de l'IPDI.
Au polyuréthane à terminaisons hydroxyles ainsi obtenu sont ensuite ajoutés 24,6 g (0,1165 mole) de gamma-isocyanato-n-propyl-triméthoxysilane et le mélange est maintenu à 850C jusqu'à disparition totale des fonctions NCO.
Le polyuréthane A obtenu a une viscosité de 55 Pa.s (mesurée au viscosimètre Brookfield à 23 °C, avec une aiguille 7 tournant à raison de 20 tr/min), une masse molaire moyenne en nombre d'environ 20 kDa et un indice de polymolécularité d'environ 1,3.
Exemple B : préparation du polyuréthane B de formule (I) dans laquelle le bloc polyéther de formule -[OR2Jn- a une masse molaire d'environ 11225 Da :
On répète l'exemple A en introduisant dans le réacteur en verre 1100 g (0,098 mole) du poly(isoproρoxy) diol ACCLAIM® 12200 et 10,9 g (0,049 mole) d'IPDI, ce qui correspond également à un rapport des nombres de fonctions NCO/OH égal à 0,5, et en ajoutant au polyuréthane à terminaisons hydroxyles obtenu 20,7 g (0,098 mole) du gamma-isocyanato-n- propyl-triméthoxysilane.
Le polyuréthane B obtenu a une viscosité de 185 Pa.s (mesurée dans les mêmes conditions), une masse molaire moyenne en nombre d'environ 30 kDa et un indice de polymolécularité d'environ 1,4.
Exemple C : préparation du polyuréthane C de formule (I) dans laquelle le bloc polyéther de formule -[OR2]n- a une masse molaire d'environ 18100 Da :
On répète l'exemple A en introduisant dans le réacteur en verre 1220 g (0,0685 mole) du poly(isopropoxy) diol ACCLAIM® 18200 et 7,03 g (0,0342 mole) d'IPDI, ce qui correspond également à un rapport des nombres de fonctions NCO/OH égal à 0,5, et en ajoutant au polyuréthane à terminaisons hydroxyles obtenu 14,45 g (0,0685 mole) du gamma- isocyanato-n-propyl-triméthoxysilane.
Le polyuréthane C obtenu a une viscosité de 390 Pa.s (mesurée dans les mêmes conditions), une masse molaire moyenne en nombre d'environ 40 kDa et un indice de polymolécularité d'environ 1,5. Exemple 1 :
1) Préparation d'une composition adhésive réticulable par chauffage à base de polyuréthane A :
La composition figurant dans le tableau suivant est préparée en introduisant tout d'abord la résine tackifiante (Dertophène® 1510) dans un réacteur en verre sous vide et chauffé à environ 160°C. Puis, une fois la résine bien fondue, le polyuréthane A est ajouté. Le mélange est agité sous vide durant 15 minutes, puis refroidi à 70°C. L'agent dessicant (SILQUEST® A- 174) et le catalyseur (K-KAT® 5218) sont alors introduits. Le mélange est maintenu sous vide et sous agitation durant 10 minutes supplémentaires.
La viscosité du mélange est déterminée à 100°C, au moyen d'un viscosimètre de type Brookfield (équipé du système Thermosel destiné aux mesures de viscosité à haute température) muni d'une aiguille A29 tournant à 10 tr/min.
Le résultat, exprimé en Pa.s, est indiqué dans le tableau.
2) Préparation de 2 couches support PET revêtues de la composition réticulée, à raison de 2 grammages égaux à 20 et 200 g/m2 :
On utilise comme couche support une feuille rectangulaire de PolyEthylèneTéréphtalate (PET) d'épaisseur 50 μm et de dimensions 20 cm sur 40 cm.
On préchauffe la composition obtenue en 1) à une température proche de 100°C et on l'introduit dans une cartouche d'où l'on extrude un cordon qui est déposé près du bord de la feuille parallèlement à sa largeur.
La composition renfermée dans ce cordon est ensuite répartie sur la totalité de la surface de la feuille, de manière à obtenir une couche uniforme et d'épaisseur sensiblement constante. On utilise pour cela un tire- film (également dénommé filmographe) qui est déplacé du bord de la feuille au bord opposé. On dépose ainsi une couche de composition correspondant à un grammage de 20 g/m2, ce qui représente environ une épaisseur de l'ordre de 20 μm.
On répète l'opération avec une nouvelle couche support de PET de manière à déposer sur celle-ci une couche de composition correspondant à un grammage de 200 g/m , ce qui représente environ à une épaisseur de l'ordre de 200 μm.
Les 2 feuilles de PET ainsi revêtues sont alors placées dans une étuve à 130 °C durant 5 minutes pour réticulation de la composition. Chacune des 2 feuilles est alors contrecollée sur une couche anti-adhérente protectrice consistant en une feuille de film siliconé, rectangulaire et de mêmes dimensions. Les 2 couches support PET ainsi obtenues sont soumises aux tests décrits ci-après.
Test de pelage à 180° sur plaque d'acier inoxydable :
Le pouvoir adhésif est évalué par le test de pelage (ou peel) à 180° sur plaque d'acier inoxydable tel que décrit dans la méthode FINAT n° 1, publiée dans le Manuel Technique FINAT 6ème édition, 2001. FINAT est la fédération internationale des fabricants et transformateurs d'étiquettes auto-adhésives. Le principe de ce test est le suivant.
Une éprouvette sous forme de bande rectangulaire (25 mm x 175 mm) est découpée dans la couche support PET revêtu de la composition réticulée obtenue précédemment. Cette éprouvette est fixée sur les 2/3 de sa longueur (après enlèvement de la portion de couche antiadhérente protectrice correspondante), sur un substrat constitué d'une plaque d'acier inoxydable. L'assemblage obtenu est laissé 20 minutes à température ambiante. Il est alors placé dans un appareil de traction capable, à partir de l'extrémité restée libre de la bande rectangulaire, d'effectuer le pelage ou décollement de la bande sous un angle de 180° et avec une vitesse de séparation de 300 mm par minute. L'appareil mesure la force requise pour décoller la bande dans ces conditions.
Les résultats correspondant aux 2 grammages, 20 et 200 g/m2, sont exprimés en N/cm et indiqués dans le tableau suivant.
Test d'adhésion instantanée (également dénommé test de la boucle) : Le pouvoir collant immédiat ou tack est évalué par le test d'adhésion instantanée dit de la boucle, décrit dans la méthode FINAT n° 9, dont le principe est le suivant.
Une éprouvette sous forme de bande rectangulaire (25 mm x 175 mm) est découpée dans la couche support PET revêtu de la composition réticulée obtenue précédemment. Après enlèvement de la totalité de la couche anti-adhérente protectrice, les 2 extrémités de cette bande sont jointes de manière à former une boucle dont la couche adhésive est orientée vers l'extérieur. Les 2 extrémités jointes sont placées dans la mâchoire mobile d'un appareil de traction capable d'imposer une vitesse de déplacement de 300 mm/minute selon un axe vertical avec possibilité d'aller et retour. La partie inférieure de la boucle placée en position verticale est d'abord mise en contact avec une plaque de verre horizontale de 25 mm sur 30 mm sur une zone carrée d'environ 25 mm de côté. Dès cette mise en contact, le sens de déplacement de la mâchoire est inversé. Le pouvoir collant immédiat est la valeur maximale de la force nécessaire pour que la boucle se décolle complètement de la plaque.
Les résultats correspondant aux 2 grammages de 20 et 200 g/m2, sont exprimés en N/cm2 et sont indiqués dans le tableau suivant.
Temps de résistance du joint de colle au cisaillement statique à 9O0C :
Le maintien à température élevée du pouvoir adhésif de la couche support PET obtenue précédemment est évalué par un test qui détermine le temps de résistance du joint de colle au cisaillement statique à 900C. Il est fait référence pour ce test à la méthode FINAT n° 8. Le principe est le suivant.
Une éprouvette sous forme de bande rectangulaire (25 mm x 75 mm) est découpée dans chacune des 2 couche support PET précédentes. Après enlèvement de la totalité de la couche anti-adhérente protectrice, une portion carrée de 25 mm de côté située à l'extrémité de la bande adhésive est fixée sur une plaque de verre.
La plaque d'essai ainsi obtenue est introduite, au moyen d'un support approprié, en position sensiblement verticale dans une étuve à 900C, la partie non collée de la bande de longueur 50 mm se situant en dessous de la plaque. Après équilibrage thermique, la partie restée libre de la bande est reliée à une masse de 1 kg, l'ensemble du dispositif restant toujours durant la durée du test maintenu dans l'étuve à 900C.
Sous l'effet de cette masse, le joint de colle qui assure la fixation de la bande sur la plaque est soumis à une contrainte de cisaillement. Pour mieux contrôler cette contrainte, la plaque d'essai est en fait placée de sorte à faire un angle de 2° par rapport à la verticale.
On note le temps au bout duquel la bande se décroche de la plaque à la suite de la rupture du joint de colle sous l'effet de cette contrainte.
Pour les 2 grammages de 20 et 200 g/m2, ce temps est supérieur aux 24 heures de durée du test.
Température entraînant la rupture du joint de colle au cisaillement statique : Le maintien en température du pouvoir adhésif de la couche support PET obtenue précédemment est évalué à titre complémentaire par le test de détermination de la température entraînant la rupture du joint de colle au cisaillement statique. Ce test est également connu sous sa dénomination anglaise de Shear Adhésion Failure Température (SAFT).
On répète les opérations décrites dans le test précédent, sauf que l'on utilise une étuve dont la température initiale est de 20 0C à la fois pour l'équilibrage thermique initial de Ia plaque d'essai, et également pour l'ensemble du dispositif avec la masse de 1 kg. Cette étuve est soumise à une montée en température programmée à raison de 1,6°C par minute.
On note la température à laquelle la bande se décroche de la plaque à la suite de la rupture du joint de colle sous l'effet de cette contrainte.
Pour les 2 grammages de 20 et 200 g/m2, cette température est supérieure à 180°C.
Exemples 2 à 8 :
On répète l'exemple 1 avec les compositions indiquées dans le tableau suivant.
On obtient les mêmes résultats, s'agissant du temps de résistance du joint de colle au cisaillement statique à 90°C et de la température entraînant la rupture du joint de colle au cisaillement statique.
Les résultats du test de pelage à 180° sur plaque d'acier inoxydable et du test d'adhésion instantanée sont également indiqués dans le tableau, sauf certaines valeurs non déterminées (indiquées par nd).
Figure imgf000019_0001

Claims

REVENDICATIONS
1. Composition adhésive réticulable par chauffage comprenant : - de 20 à 85 % d'un polyuréthane comprenant 2 groupes terminaux de type alkoxysilane hydrolysables et ayant pour formule (I) :
Figure imgf000020_0001
dans laquelle :
- R1 représente un radical divalent hydrocarboné comprenant de 5 à 15 atomes de carbone qui peut être aromatique ou aliphatique, linéaire, ramifié ou cyclique ;
- R représente un radical divalent alkylène linéaire ou ramifié comprenant de 1 à 4 atomes de carbone ;
- R3 représente un radical divalent alkylène linéaire comprenant de 1 à 3 atomes de carbone ;
- R4 et R5, identiques ou différents, représentent chacun un radical alkyle linéaire ou ramifié de 1 à 4 atomes de carbone, avec la possibilité lorsqu'il y a plusieurs radicaux R4 (ou R5) que ceux-ci soient identiques ou différents ;
- n est un nombre entier tel que la masse molaire moyenne en nombre du bloc polyéther de formule -[OR2Jn- est comprise entre 300 Da et 30 kDa ;
- m est un nombre entier tel que la masse molaire moyenne en nombre du polymère de formule (I) est comprise entre 600 Da et 60 kDa ;
- p est un nombre entier égal à 0, 1 ou 2 ;
- de 15 à 80 % d'une résine tackifiante compatible, de masse molaire moyenne en nombre comprise entre 200 Da et 5 kDa, et choisie parmi les résines susceptibles d'être obtenues :
- (i) par polymérisation d'hydrocarbures terpéniques et de phénols, en présence de catalyseurs de Friedel-Crafts, ou bien
- (ii) par polymérisation d'alpha-méthyl styrène, et éventuellement par réaction avec des phénols ; et
- de 0,01 à 3 % d'un catalyseur de réticulation.
2. Composition adhésive selon la revendication 1, caractérisée en ce que le polyuréthane de formule (I) est tel que sa masse molaire moyenne en nombre est comprise entre 4 et 50 kDa et la masse molaire moyenne en nombre du bloc polyéther de formule - [OR2Jn- est comprise entre 2 et 25 kDa.
3. Composition adhésive selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le polyuréthane de formule (I) est tel que :
- R1 est choisi parmi l'un des radicaux divalents suivants dont les formules ci- dessous font apparaître les 2 valences libres :
- a) le radical divalent dérivé de l'isophorone :
Figure imgf000021_0001
- b)
Figure imgf000021_0002
- c)
Figure imgf000021_0003
- d)
Figure imgf000021_0004
- e)
-(CH2)Ô- (ou radical hexaméthylène)
- R2 est le radical divalent éthylène et/ou isopropylène ; - R3 est le radical divalent méthylène et/ou n-propylène ;
- R4 et R5 représentent chacun le radical méthyle ou éthyle.
4. Composition adhésive selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le polyuréthane de formule (I) est tel que :
- R1 est le radical divalent dérivant de l'isophorone de formule :
Figure imgf000022_0001
- R2 est le radical divalent isopropylène ;
- R est le radical divalent n-propylène ;
- le groupe -Si(R4)p(OR5)3-p est le radical triméthoxysilyl.
5. Composition adhésive selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le polyuréthane de formule (I) dans laquelle R2 est le radical isopropylène a un indice de polymolécularité compris entre 1,3 et 1,6.
6. Composition adhésive selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les résines tackifiantes mises en œuvre sont susceptibles d'être obtenues par le procédé (i).
7. Composition adhésive selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend de 40 à 65 % du polyuréthane de formule (I) et de 35 à 60 % de résine tackifïante.
8. Composition adhésive selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend jusqu'à 3 % d'un dérivé alkoxysilane hydrolysable, en tant qu'agent dessicant, et de préférence un dérivé de triméthoxysilane.
9. Support auto-adhésif susceptible d'être obtenu par le procédé comprenant :
- (a) le préchauffage à une température comprise entre 50 et 130°C de la composition adhésive telle que définie dans l'une des revendications 1 à 8, puis
- (b) son enduction sur une couche support, puis - (c) sa réticulation, par chauffage du support ainsi enduit à une température comprise entre 50 et 15O0C.
10. Utilisation du support auto-adhésif tel que défini dans la revendication 9 pour la fabrication d'étiquettes et/ou rubans auto-adhésifs.
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